北高1年生のキョンは、同級生である涼宮ハルヒが率いるSOS団なるグループに無理やり引きずり込まれ、実は超能力者／未来人／宇宙人という正体をもつメンバーたちとともに、ハルヒが自覚なく巻き起こす騒動に振り回されていた。クリスマスシーズンを迎え、ハルヒは団でパーティーを開催すると盛り上がっていた。

12月18日、教室に入ったキョンは、ハルヒの席であるはずのキョンの後ろの席に、SOS団のメンバーで「宇宙人」であるところの長門有希と以前に対決して消滅したはずのクラスメイトである朝倉涼子が現れて座ろうとしたことに驚く。しかもクラスメートの誰もハルヒという人物など知らないという。驚いたキョンは、SOS団のメンバーの一人である古泉一樹に相談に乗ってもらおうと彼の在籍する1年9組へと向かうが、古泉はおろか9組そのものが存在していない。同じくメンバーの朝比奈みくるは鶴屋さんと一緒にいたが、2人とも、SOS団のこともキョンのことも全く覚えていない。最後にSOS団が占拠していた文芸部室に向かったキョンは、そこで長門有希と出会う。しかし彼女はメガネを掛けおどおどと戸惑う「普通の少女」であった。何らかの理由で世界が改変されてしまった状況をキョンは受け入れ、自分がハルヒに会いたいと強く願っていることを自覚する。

『ある出来事』についての会話から、ハルヒと古泉がこの世界の別の高校（光陽園学院）に進学している事を知ったキョンは二人との対面を果たし、自分が置かれた状況を説明する。戸惑いながらも興味を持った二人は、みくるも無理矢理に引っ張って北高文芸部室に乗り込む。すると部室にあったパソコンが勝手に起動し、メッセージが表示される。それは元の世界の長門有希が用意した「脱出プログラム」であった。

脱出プログラムを起動させたキョンは、次の瞬間、一人で夜の文芸部室にいることに気づく。そこは「3年前の7月7日」であった。彼は以前みくるによってこの時点に連れてこられたことがあり、中学生時代のハルヒに出会って彼女の手伝いをさせられる羽目になったのだった。そこには「大人バージョンのみくる」がいて、12月18日早朝に大規模の時空改変が起こったこと、その修復に手を貸して欲しいことをキョンに話す。協力を仰ぐために二人は長門有希のマンションに向かう。有希は再修正プログラムを塗布した短針銃をその場で作ってキョンに託す。

時空を改変したのはエラーデータの蓄積によって誤動作した3年後の長門有希であった。みくるの支援によって3年後の12月18日早朝に戻ったキョンは、改変を成し遂げた直後の長門有希に短針銃を撃とうとする。ところが、そこに朝倉涼子が現れキョンの体にナイフを突き立てる。薄れ行く意識の中で、大小二人のみくるが必死に自分に呼びかけており、その背後から別の何者かが話しかけてくるのに気づくが、そのまま気を失う。

意識を回復したキョンは自分がベッドの上に寝かされていることに気づく。傍らで北高の制服を着た古泉がりんごを剥いている。古泉によれば、キョンは12月18日昼に部室棟の階段から転落して意識不明の重体に陥っていたのだという。古泉が指差したベッドの反対側を見ると、寝袋にくるまって床で寝ているハルヒの姿があった。

その夜、病院の屋上で物思いに耽っていたキョンの前に長門有希が現れる。暴走した自分の処分を情報統合思念体が検討していると聞いたキョンは、彼女の存在を守る意志があることを伝える。

世界は元通りになっていたが、キョンは、みくると共にもう一度「12月18日早朝」に行かなければこの修復作業が完結しないことを理解していた。彼は、ただハルヒに振り回されるだけの立場から脱却し、この世界を積極的に守る側に回ることを決意しながら、文芸部室で開催されるクリスマスパーティーに臨む。

涼宮ハルヒの消失 - wikipedia